小麥真菌毒素分布規律及削減技術途徑分析

孫寶勝 徐存寬 張莉莉 薛云才 湯春相

（泰州市糧油質監所，江蘇泰州 225300）

監測中發現，小麥籽粒易出現的真菌毒素污染主要有嘔吐毒素（DON）和玉米赤霉烯酮（ZEN），在個別年份其含量易超出國家限值。研究表明，2 種真菌毒素在小麥中分布存在著明顯規律性。真菌毒素在小麥正常籽粒和不完善粒中均存在，但并非均勻分布，不完善粒中的含量明顯高于正常籽粒。在各類不完善粒小麥中，嘔吐毒素與赤霉病粒存在顯著線性關系，與發芽粒存在正相關性，與黑胚粒不存在相關性[1]。真菌毒素在小麥籽粒外層含量高于內層[2]。2種真菌毒素和赤霉病粒均存在顯著線性關系，隨赤霉病粒數量的增加，2 種真菌毒素含量均呈現增加的趨勢[3]。

真菌毒素在小麥籽粒中分布不均的客觀規律，為小麥中2 種真菌毒素的物理削減提供了可能性和科學基礎。當前真菌毒素削減技術主要為物理分級、加工處理、生物降解和化學降解等。研究規模上看，以物理技術為主，其他技術手段研究則相對較少。從研究方法上看，以單個技術手段處理較多，多技術科學集成處理手段較少。

從毒素分布規律、技術成熟度、技術效果、經濟性方面分析，小麥中2 種真毒技術削減應以物理削減為主。在削減工藝中綜合考慮小麥加工處理工藝，將物理削減集成在糧食收購或加工處理中，以最小的經濟成本獲得較好的經濟和社會效益。

本文以泰州市小麥為研究對象，分析適合小麥中真菌毒素的物理削減技術手段及工藝流程，以及該技術應用前景與推廣思路。

1 泰州市小麥質量情況

泰州市位于江蘇省中部，南臨長江、北近淮河，全轄區為江淮下游沖擊平原，通揚運河以南為長江流域、以北屬淮河流域。地理作物種植上屬于稻麥兩熟區域，小麥生產屬于南方冬小麥生產區域。據統計，2020 年全市小麥產量約100 萬t，主要品種為揚麥和寧麥等。

小麥衛生指標包括農藥殘留、重金屬和真菌毒素三大類。GB 1351—2008《小麥》規定，容重為定等指標，由高到低分為一至五等、等外，不完善粒、雜質、水分等其他質量指標為參照指標，農藥殘留、重金屬和真菌毒素均為限值指標。對泰州市2016—2020 年小麥質量衛生監測統計，各指標取平均值，具體情況如表1 所示。

表1 泰州市2016—2020 年新收獲小麥質量與衛生指標

2 DON、ZEN 在小麥籽粒中分布規律研究

2.1 DON 在小麥籽粒中分布特點

2.1.1 DON 同小麥籽粒不完善粒的關系

GB 1351—2008《小麥》將與正常粒型相對應的小麥籽粒稱為不完善粒，將其定義為受到損傷但尚有使用價值的顆粒。不完善粒因蟲害、病菌害或物理作用所致，主要包括蟲蝕粒、病斑粒（赤霉病粒和黑胚粒）、破損粒、生芽粒和生霉粒。

為準確系統分析不完善粒與真菌毒素之間關系，2016—2020 年，每年針對性采集新收獲小麥，專項考察DON 與赤霉病粒、生芽粒和黑胚粒之間關系。分析研究發現，DON 與不完善粒之間存在正相關性，DON 與赤霉病粒存在顯著線性關系，與生芽粒之間存在正相關性，與黑胚粒之間不存在相關性。具體來看，DON 含量隨不完善粒含量增加呈現增大趨勢，存在正相關關系，但相關系數僅為0.7；DON含量隨赤霉病粒含量增加呈明顯增大趨勢，相關系數在0.9 以上，二者存在顯著正相關關系；DON 含量隨黑胚粒增加無明顯變化趨勢；DON 含量隨發芽粒增加呈現增大趨勢，這可能是因為發芽粒較高的小麥生長期間水分較大，有利于真菌繁殖而進而產生DON。

2.1.2 不同年份泰州市小麥DON 情況

以DON 和各不完善粒監測值為指標，取各指標年度均值，考察2016—2019 年不同年份間各指標變化規律，具體見表2。

從表2 可知，盡管近4 年種植結構和管理方式整體相近，但不同年份必然存在差異，即便在諸多因素影響下，不同年份小麥的不完善粒和DON 顯然不同。DON 含量與小麥籽粒不完善粒依然存在明顯規律，DON 隨不完善粒升高而增大，這種規律與同年份統計規律一致。

表2 2016—2019 年泰州市小麥質量衛生指標檢測結果

2.1.3 小麥籽粒中DON 分布規律

國內外科研人員一致認為，DON 在小麥粒內外層分布呈一定規律：在小麥籽粒內外層之間DON 含量存在差異，越往籽粒內層其DON 含量越低。這與真菌菌屬在培養基培養時觀察到的生長規律相吻合，真菌菌絲體在糧食籽粒表面聚集較多，而在籽粒內部分布不多，進而產生毒素的量也偏低。

2.2 小麥DON 和ZEN 的相關性

小麥樣品中ZEN 和DON 兩種真菌毒素均由鐮刀真菌產生，所以二者之間存在伴生關系。2016 年，作者曾選擇赤霉病粒嚴重小麥樣品，對其赤霉病粒與ZEN 和DON 相關性進行研究，得出了兩種真菌毒素存在顯著正相關的結論，曲線方程為y=0.019x-9.007，相關系數R2=0.9365，具體見表3。

工業廢渣-礦渣是冶煉生鐵時從高爐中排放出的造渣熔體，其主要活性成分是氧化鈣、氧化鋁和氧化硅。由于高爐礦渣使熔融體急冷，玻璃體含量一般高達80%以上，使礦渣有較好的潛在膠凝性。水泥-礦渣二元體系的水化反應一般是，水泥熟料中的C3S首先水化，形成的氫氧化鈣對礦渣中的玻璃體起激發作用。根據水泥化學常用術語表達C、S、A、F、CH和H分別表示CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、Ca(OH)2和H2O，水泥-礦渣的水化反應可近似表達為

表3 2016 年產小麥赤霉病粒和DON、ZEN 監測統計表

2.3 污染真菌毒素的小麥籽粒理化特性

多位研究人員研究證實，受鐮刀菌屬等真菌污染小麥，籽粒成熟后其常規質量指標與正常粒相比均發生了較大變化。候芮[4]以自然感染DON 依次嚴重（1.15～3.98 mg/kg）的小麥為研究對象，發現隨DON 含量增大，小麥容重、硬度指數、千粒重和粒徑均呈下降趨勢，不完善粒呈上升趨勢。同時經過電鏡觀察，污染嚴重的小麥籽粒不僅皺縮變小，且表面及內部結構逐漸疏松。何慧慧等[5]人也發現，小麥籽粒隨DON 感染程度增加，千粒重、容重逐漸下降，不完善粒逐漸增多。

3 國內外小麥DON 削減技術情況

小麥DON 的降解研究主要集中在物理分級及加工、化學降解和生物降解三大方面。物理分級和加工是DON 降解一種具有理論基礎的可行方法，也是主要方法；化學降解DON 研究相對較少，主要集中在利用臭氧降解DON，這種方法的優點是臭氧污染小、易分解，而其他化學降解方法不多，這因為小麥是食品原料，不可再被其他有毒、有害物質污染；生物降解DON 的方法主要集中在降解菌株和降解酶的篩選和培養方面，有報道其用于飼用糧食DON 降解，但規模化用于食用小麥暫時未見。

4 糧食企業小麥真菌毒素的削減技術途徑

4.1 糧食企業真菌毒素糧整體處理控制策略

對于真菌毒素污染相對較低尚有食用價值的小麥，糧食種植農戶應按質量分類收割，收儲企業和小麥制粉企業，應采取按真菌毒素含量分類儲存。對真菌毒素超標的小麥采用篩理分級、色選等技術進行處理是有效管理控制小麥真菌毒素含量，確保小麥和成品面粉質量合格的最直接可行的技術途徑。

農業生產主管部門及各類小麥種植、經營主體，一旦發現真菌毒素超標的小麥，須及時科學采集代表性樣品，進行削減技術試驗性研究，確定最佳削減技術工藝。若經削減處理，依舊不能滿足食用糧食衛生標準或者經濟效益較差，則可考慮直接將超標小麥轉為工業用糧或飼料用糧。

4.2 糧食企業可采用的小麥真菌毒素削減技術

（1）比重分選。受真菌毒素污染程度嚴重的小麥，其籽粒皺縮變小，表面及內部結構疏松，比重明顯小于正常籽粒。基于真菌毒素污染的小麥與正常小麥之間的比重差異，采用比重分級機將真菌毒素含量高的小麥分離出去，以達到部分小麥真菌毒素含量合格。

（2）顏色分選。受真菌毒素污染嚴重的小麥，其顏色與正常小麥有明顯區別，根據它們顏色的差異,采用光電技術設備，如色選機可將真菌毒素含量高的小麥分離出去。

（3）粒徑篩選。感染真菌毒素的小麥，其籽粒皺縮變小，受真菌毒素污染程度嚴重的小麥，根據粒型大小，利用篩理設備可將顆粒較小或者破損小麥籽粒篩選出來。

（4）小麥制粉中研磨削減。小麥制粉最終實現小麥皮層與胚、胚乳分離，依據小麥籽粒中內外層之間真菌毒素分布規律，即真菌毒素主要分布在小麥的皮層，且在胚乳中也是從外到內呈遞減趨勢，所以采用現代制粉工藝，提高面粉加工精度，也可使成品面粉的真菌毒素含量控制到合格指標范圍。

4.3 小麥真菌毒素物理削減技術規范流程圖設計

根據真菌毒素在小麥籽粒中的分布規律和感染后小麥的物理特性，在實際操作中可采用圖1 削減途徑。

圖1 小麥真菌毒素物理削減技術指導規范流程圖

5 建立小麥真菌毒素物理削減指導規范意義及推廣前景

5.1 小麥真菌毒素削減技術規范意義

（1）可以維護種植農戶和糧食加工企業的利益。在糧食質量監管中，小麥或小麥粉真菌毒素超標，對小麥種植農戶和小麥制粉企業均可造成較大損失，通過建立削減規范可以降低農戶種糧風險，化解售糧矛盾，增加農民收入。

（2）可以完善相關法律法規和規范性文件的技術配套。江蘇省和泰州市分別于2018、2020 年先后在省、市層面出臺《江蘇省超標糧食處置辦法》和《泰州市超標糧食處置實施方案》，要求對超標糧食進行技術處理、妥善保藏利用，但沒有制定針對超標糧食技術處理的技術規范。

（3）可以保障糧食食品安全。削減技術規范可有效指導真菌毒素超標小麥的處理，有效降低小麥中真菌毒素，進而防止不合格面制品流入食品領域。

5.2 小麥真菌毒素削減技術規范應用推廣前景

五年來，泰州市糧油質監所在小麥真菌毒素和削減技術途徑方面做了大量的研究，并取得了初步成果。泰州市地處江蘇中部，且全市南北狹長，氣候和農業生產上幾乎基本與江蘇省在南北地理分布一致。從全省來看，泰州市小麥真菌毒素削減技術規范應用具有一定的代表性，研究成果可以在全省推廣。